Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA TP TT 45 cordeuse EA TSI1 TSI2 Transmission et transformation de mouvement Etude analytique EA TP Cordeuse Cycle 4&5: Théorie des mécanismes Transmission et Transformation de mouvement X Période 1 2 3 4 5 Durée : 4 semaines X Projet technique : Déterminer les performances cinématiques d’un système de transmission de puissance. Analyser Modéliser Résoudre Expérimenter Concevoir Identifier et caractériser les grandeurs physiques agissant sur un système Savoirs faires associés Réaliser Communiquer % Question(s) bilan % Question(s) bilan Qualifier les grandeurs d’entrée et de sortie d’un système isolé Décrire les évolutions temporelles ou fréquentielles des grandeurs dans les chaînes d’énergie et d’information Identifier les phénomènes dominants Proposer un modèle de connaissance et de comportement Savoirs faires associés Réaliser le graphe de structure de tout ou partie d’un mécanisme Proposer un schéma cinématique (plan ou 3D) minimal et d’architecture de tout ou partie d’un mécanisme Paramétrer les mouvements d’un solide indéformable Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie Analyser Modéliser Résoudre Expérimenter Concevoir Procéder à la mise en œuvre d'une démarche de résolution analytique Savoirs faires associés Réaliser % Question(s) Communiquer bilan Déterminer la loi entrée-sortie d’une chaîne cinématique simple Lycée Jules Ferry Page 1 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA 1 Présentation de la cordeuse Un des éléments importants dans les sports de raquette tels que le tennis ou le badminton est la tension du cordage. Pour connaitre « sa » tension, le joueur doit faire un compromis entre puissance et précision. Pour donner des repères, un joueur comme Roger FEDERER utilise une tension comprise entre 21 et 23 kg, alors qu’un joueur comme Raphael NADAL utilise une tension de 25 kg et Novak DJOKOVIC une tension de 27 à 28 kg. Une tension de cordage plus importante implique une perte de puissance mais une plus grande précision. Si on regarde les gabarits de deux joueurs comme NADAL et FEDERER, on peut comprendre aisément ces choix. Le cordage d’une raquette de tennis ou de badminton nécessite de nombreuses manipulations manuelles. La partie automatisée de la machine permet d’assurer la réalisation précise de la tension de chaque brin. L'ensemble présenté ici permet de réaliser ces fonctions. La figure ci-dessous met en évidence les éléments de la structure de la machine (modèle SP55). Le berceau reçoit le cadre de la raquette sur lequel il est fixé efficacement. L’extrémité de la corde est attachée sur le cadre puis glissée dans le mors de tirage. L’opérateur met la machine sous tension électrique. Celle-ci, asservie en effort, ajuste la valeur de la tension, préréglée sur le pupitre de commande. Des pinces maintiennent la corde pendant que l’opérateur la retire du mors, la glisse au travers des œillets du cadre et retourne le berceau pour pouvoir la saisir à nouveau et la tendre. Pince Berceau Mors de tirage Pupitre de commande Figure 1 : Machine à corder SP55 Lycée Jules Ferry Page 2 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA Diagramme des Exigences Diagramme des Blocks Lycée Jules Ferry Page 3 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA Fonctionnement La structure de la machine peut être découpée en deux zones : le berceau et les pinces permettant respectivement de fixer la raquette et maintenir la tension de la corde. Cette zone correspond à des opérations manuelles de la part du cordeur ; le mécanisme de mise en tension : cette partie, entièrement automatisée, permet d’obtenir de façon précise la tension souhaitée dans la corde. Mécanisme de mise en tension Berceau et pinces Figure 2 : Berceau, pinces et mécanisme de mise en tension. Berceau et pinces Le berceau (Figure 1) permet d'immobiliser le cadre de la raquette. Pour s'adapter aux différentes dimensions de raquettes, le berceau est équipé : de deux colonnes en liaison glissière sur l’embase du berceau.; d'un mécanisme de serrage qui réalise la fixation de la raquette. L'ensemble est mobile en rotation pour permettre le cordage alternativement des montants (sens longitudinal) et des travers (sens transversal). Deux pinces assurent le maintien en tension de la corde pendant le retournement du berceau. Le pincement est réalisé par un mécanisme à genouillère. Mécanisme de mise en tension Il est constitué principalement d'un moto réducteur et d'une transmission par chaîne. Elle assure le déplacement du chariot portant le mors de tirage dans lequel sera fixée la corde à tendre. Le brin tendu de la chaîne est attaché à un poussoir en appui sur le chariot par l’intermédiaire d’un ressort calibré. Lors de l’opération de tension de la corde, le poussoir se déplace vers la droite par rapport au chariot en écrasant le ressort. Ce déplacement est mesuré par un potentiomètre linéaire qui envoie un signal, image de la tension dans la corde, à la carte électronique. Celle-ci gère alors la commande du moteur nécessaire à la réalisation précise de la tension. Lycée Jules Ferry Page 4 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA Asservissement en effort Le schéma bloc de la figure 3 ci-dessous permet de mettre en évidence la structure asservie du mécanisme de tension : comparateur ; chaîne d’action ; chaîne de retour. La tension de consigne étant donnée, la carte de commande gère la tension du moteur et donc son couple pour ajuster la valeur effective de la tension de cordage. Le retour d’information est réalisé par le ressort calibré et le potentiomètre linéaire, l’ensemble constituant un capteur d’effort. Tension de U mot C mot consigne Réducteur Tension Carte de Moteur commande Tension mesurée Capteur position Chaîne Chariot - Corde Ressort k Capteur d'effort 2 Modélisation Les photographies et le schéma ci-dessous permettent de mettre en évidence le module de mise en tension constitué principalement d'un motoréducteur et d'une transmission par chaîne. Elle assure le déplacement du chariot portant le mors de tirage. Le brin tendu de la chaîne est attaché à un poussoir (P) en appui sur le chariot par l’intermédiaire d’un ressort calibré (R). Lycée Jules Ferry Page 5 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA Lors de l’opération de tension de la corde, le poussoir (P) de déplace vers la droite par rapport au chariot en écrasant le ressort (R). Ce déplacement est mesuré par un potentiomètre linéaire qui envoie un signal, image de la tension dans la corde, à la carte électronique. Celle ci gère alors la commande du moteur nécessaire à la réalisation précise de la tension. Tension T Chariot Capteur de position Cordage Motoréducteur + Pignon Couple Cm Ressort raideur K O Poussoir + Chaîne Modèle simplifié (une mobilité) T Cordage Ressort k Motoréducteur Cm Chariot Chaîne Bâti Lycée Jules Ferry Page 6 sur 7 TSI1 Transmission et transformation de mouvement TP TT 45 cordeuse EA 3 Projet. On désire connaître les performances cinématiques de ce système. Pour cela on cherchera à caractériser les éléments suivants : Rapport de réduction du réducteur motoréducteur Vitesse de déplacement du chariot pour v1, v2 et v3 Nombre de tours moteur pour 50 mm de deplacement du chariot pour v1, v2 et v3. Hyperstatisme et mobilité de la liaison composée entre le chariot et le bâtit. 4 Etude analytique. Q1. Réaliser le schéma cinématique 3d du système de tension Q2. Déterminer la vitesse de rotation à la sortie du réducteur pour une vitesse de rotation du moteur de 950 tr/min Q3. Déterminer la vitesse de rotation du capteur de vitesse Q4. Déterminer la vitesse de translation du chariot Q5. Déterminer le nombre de tours effectués par le moteur pour 50 mm de déplacement du chariot avec une vitesse de rotation du moteur de 950 tr/min. Q6. Même question pour 1600 tr/min et 2100 tr/min Q7. Déterminer le temps pour le déplacement de 50 mm à 950 tr/min Q8. Même question pour 1600 tr/min et 2100 tr/min Q9. Comment est réaliser la liaison glissière entre le chariot et le bâtit. Q10. Démontrer que cette association de liaison réalise bien une glissière Q11. Déterminer le degré d’hyperstatisme et de mobilité de cette liaison. Lycée Jules Ferry Page 7 sur 7 TSI1